DE2924019C2

DE2924019C2 - Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE2924019C2
Application number: DE2924019A
Authority: DE
Inventors: Christoph Franz Cincinnati Ohio Wittwer
Original assignee: Cincinnati Milacron Inc Eine Ges ND Gesetzen D Staates Delaware Cincinnati Ohio; Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1985-10-03
Also published as: JPS55106782A; DE2924019A1; IT1119292B; SE444281B; IT7968318A0; FR2429082A1; JPS5717669B2; GB2024770A; FR2429082B1; SE7905342L; NO146083C; NO792064L; NO146083B; GB2024770B; US4185866A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Greifvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Greifvorrichtung ist insbesondere dazu bestimmt, am Ende eines industriellen Roboters oder Manipulators befestigt zu werden.

Von den vielen bisher zur Verfügung stehenden Greiferarten ist die am meisten verwendete diejenige der Fingerbauart, bei der mehrere mechanische Finger zum wahlweisen Greifen und Lösen eines Werkstücks zusammenarbeiten. Sowohl die Anpassungsfähigkeit als auch die Ausrichtungsfähigkeit der Greifvorrichtung werden durch eine Verringerung der Greifergröße verbessert Viele Anwendungen an Innenflächen erfordern, daß der Greifer durch eine kleine öffnung in das Werkstück eindringt und sich innerhalb des Hohlraums neu ausrichtet. Eine kompakte Größe unterstützt hierbei den Greifereintritt in den Hohlraum. Eine kürzere Greiferlänge unterstützt ebenfalls die Neuausrichtung des Greifers innerhalb des Hohlraums. Zusätzlich unterstützt eine verkürzte Greiferlänge auch eine Verringerung des Momentarms, der sich dann ergibt, wenn ein Manipulator von seiner Basis aus radial ausgefahren wird.

Eine Greifvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der US-PS 37 34 556, insbesondere Fig. 1, gezeigt. Hierbei ist der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden, an deren vorderem Ende die Greiffinger der Greifvorrichtung über ein Kniehebelgelenk außerhalb des Gehäuses schwenkbar angelenkt sind. Eine solche Anordnung weist den Nachteil auf, daß sie aufgrund des freiliegenden Kniehebelgestänges insbesondere unter schmutzigen Arbeitsbedingungen gegen Betriebsstörungen relativ anfällig ist. Die lange Kolbenstange macht weiterhin eine relativ große Abmessung der Greifvorrichtung erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Greifvorrichtung so weiterzubilden, daß sie bei kompaktem Aufbau auch unter schwierigen und schmutzigen Arbeitsbedingungen in hohem Maße betriebssicher bleibt

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die andere Seite der Kniehebel direkt am Kolben zwischen dessen axialen Endteilen angelenkt sind, daß in der das Führungssystem bildenden Wand des Gehäuses Schlitze zum Durchgang der Kniehebel vorgesehen sind, daß die Kniehebel im Gehäuse vollständig eingeschlossen sind, und daß die Fingerdrehzapfen innerhalb des Gehäuses gelagert sind.

Im Falle der vorliegenden Erfindung ist somit das mechanische Gestänge vollständig in das Greifergehäuse integriert und auch im Bereich der (hier nicht mehr vorhandenen) Kolbenstange kann nun kein Schmutz mehr in das Führungssystem eindringen. Durch direkte mittige Anlenkung der Kniehebel am Kolben kann die Abmessung der Greifvorrichtung in Richtung der Kolbenachse verkleinert werden, was der Flexibilität der Greifvorrichtung zugute kommt. Weiterhin ergeben sich aufgrund der Anlenkung der Kniehebel direkt am Kolben Vorteile hinsichtlich der hier nicht mehr auftretenden Querkräfte am Kolben.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Greifers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt 2-2 von F i g. 1,
F i g. 3 eine Seitenansicht einer gekreuzten Fingeran-Ordnung, die beim Greifer von F i g. 1 zum Greifen von Innenflächen angewendet werden kann,

F i g. 4 eine Endansicht der gekreuzten Fingeranordnung von F i g. 3.

Insbesondere in F i g. 1 ist eine Greifvorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt dargestellt Der Greifer weist ein gegabeltes äußeres Gehäuse 10 auf, das starr an einer Befestigungsfläche 12 eines nicht gezeigten Manipulators oder industriellen Roboters befestigt ist. Das Gehäuse 10 hat einen inneren zylindrischen Hoiilraum, dessen Wände 14 den Umfang eines inneren Führungssystems mit kreisförmigem Querschnitt und mit einer Mittellinie 15 bilden. Zwei angelenkte Kreisfinger umgreifen das Gehäuse 10, wobei ein erster Greiffinger 16 an einem Zapfen 19 und ein zweiter Greiffinger an

.45 einem Zapfen 20 angelenkt ist. Die Achsen der Zapfen 19 und 20 sind zueinander parallel und senkrecht zur Mittellinie 15 des Führungssystems. Die Achsen der Zapfen 19 und 20 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Führungssystems mit der Mittellinie 15 und in

so gleichen Abständen hiervon entfernt. Diese Achsen befinden sich auch in gleichem Abstand von der Befestigungsfläche 12 am Manipulator.

Zapfen 26 und 28 erstrecken sich durch die inneren Teile der Greiffinger 16 bzw. 19 parallel zu den Zapfen 19 und 20. Jeder Zapfen 26 und 28 dient zur Anlenkung zweier mechanischer Verbindungsglieder, wobei der Zapfen 26 als Drehpunkt für die Verbindungsglieder 30a und 306 und der Zapfen 28 als Drehpunkt für die Verbindungsglieder 32a und 326 dient. Die Verbindungsglieder 306 und 326 sind in F i g. 2 gezeigt.

Die von den Greiffingern 16 und 15 entfernt gelegenen Enden der mechanischen Verbindungsglieder 30a, 306 bzw. 32a, 326 sind ebenfalls an Zapfen 33a bzw. 336 angelenkt. Die Zapfen 33a und 336 treten durch einen kolbenähnlichen Betätigungsblock 34 von im allgemeinen zylindrischer Form hindurch, der im inneren Führungssystem unter der Beaufschlagung von pneumatischem Druckmitteldruck hin- und hergehend bewegbar

ist. Die Verbindungsglieder 30a, 306, 32a und 326 und ihre Anlenkungen an den Zapfen 26, 28, 33a und 336 sind als Kniehebelgelenk angeordnet Das heißt, wenn sich der Betätigungsblock 34 im Führungssystem aus der in F i g. 1 gezeigten Stellung nach links bewegt, haben die Verbindungsglieder 30a, 306, 32a und 326 das Bestreben, sich an einer Stelle ihrer Bewegung in einer geraden Linie auszufluchten, wenn sie sich der strichpunktiert dargestellten geringfügigen Übertotpunktlage der Zeichnung nähern. Die Kniehebelanordnung ver- ι ο stärkt die Eingangskraft am Betätigungsblock 34 und erzeugt eine Ausgangskraft, die dann als Eingang auf die Zapfen 26 und 28 und das innere Ende der Greiffinger 16 und 18 gegeben wird zur Drehung der Greifringer um ihre Zapfen 19 bw. 20. Gemäß Fig. 1 erzielt die Kniehebelanordnung eine theoretische mechanische Übersetzung gemäß der Gleichung:

F_n= 1/2 tan Φ F₁

20

F₀ Ausgangskraft des Betätigungsblocks 34 (oder Eingangskraft an den Fingern, senkrecht zur Mittellinie 15)

Fi Eingangskraft am Betätigungsblock längs der Mittellinie 15 und

Φ öffnungswinkel zwischen einem der Verbindungsglieder 30a, 306,32a und 326 und der Mittellinie 15 des Führungssystems.

30

Es ist ersichtlich, daß bei Annäherung des Winkels Φ an 90° die Längen von 30a, 306, 32a und 326 in die Totpunktlage des Kniehebelgelenks gelangen und die mechanische Übersetzung sich einem unendlich großen Wert nähert. Tatsächlich aber verändern die Reibkräfte und Verformung das Erreichen dieser theoretischen Übersetzung. Trotzdem ist die Ausgangskraft des Betätigungsblocks 34 (Eingangskraft an den Greiffingern) ziemlich hoch.

Tatsächlich ermöglicht die Eigenelastizität jeder Fingerlänge zwischen ihren Zapfen 29, 26 bzw. 20, 28 dem Betätigungsblock 34 eine Bewegung in eine festverriegelnde Übertotpunktsteilung, in der ein Werkstück stabil geklemmt ist.

Das Gehäuse 10 weist auch innere Hohlräume 10a auf gegenüberliegenden Seiten des Führungssystems auf zur Ermöglichung der Bewegung der jeweiligen Finger 16 und 18. Ein elastisches Material, z. B. Schaumgummi 21, schließt die Hohlräume 10a in Nähe der Zapfen 19 bzw. 20 gegen Verunreinigungen von außen her ab und ermöglicht eine Fingerbewegung. Auf diese Weise ist der Eingangsteil des Greifers von den Zapfen 19 und 20 bis zur Kniehebelanordnung der Verbindungsglieder 30a, 306, 32a und 326 vollständig eingeschlossen zum Schutz des Eingangsbetätigungsmechanismus gegen Verunreinigungen, insbesondere teilchenförmiges Material.

Wie oben erwähnt, wird der Betätigungsblock 34 im inneren Führungssystem unter der Beaufschlagung von Druckmitteldruck hin- und herbewegt. Ein Druckmittel (bei der bevorzugten Anordnung Druckluft) wird wahlweise über zwei Sätze von öffnungen 36 und 38 (es ist nur eine öffnung je Satz dargestellt) mit dem inneren Führungssystem verbunden. Diese Öffnungen befinden sich an gegenüberliegenden Enden des inneren Hohlraums um den Umfang von Widerlagern 35 und 37 herum verteilt. ■

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung stößt eine als Druckfeder 40 dargestellte elastische Vorspanneinrichtung am Widerlager 37 an und ist in einen Hohlraum mit offenem Ende im Betätigungsblock 34 eingesetzt zum Drücken des Betätigungsblocks nach links zum Widerlager 35. Der Druckmitteldruck wird wahlweise auf die Stirnfläche 34a des Betätigungsblocks 34 ausgeübt zur Überwindung der Federkraft und zur Bewegung des Betätignngsblocks 34 in der Darstellung nach rechts. In ähnlicher Weise wird Druckmitteldruck wahlweise auf die gegenüberliegende Endfläche 346 des Betätigungsblocks und auf den inneren Hohlraum 42 des Betätigungsblocks ausgeübt Das unter Druck stehende Druckmittel tritt in die Sätze von Öffnungen 36 und 38 ein bzw. daraus aus und übt auf die entsprechenden axialen Stirnflächen 34a und 346 eine Druckkraft aus. Der Betätigungsblock 34 hat nicht nur die Funktion eines Gleitblocks, sondern auch diejenige eines Kolbens. Diese Funktionen werden für gewöhnlich von getrennten Elementen ausgeführt. Die Federvorspannung am Betätigungsblock 34 macht ihn monostabil, d. h. er hat bei Abwesenheit von Druckmitteldruck nur eine einzige stabile Stellung (links in F i g. 1).

Wie beschrieben, eignet sich der in F i g. 1 dargestellte Greifer am besten als Außengreifer. Das elastische Federglied 40 ist bestrebt, bei Energieausfäll und wenn der Greifer die Außenf'äche eines Werkstücks ergreift, die relative Stellung des Betätigungsblocks 34 im Führungssystem (links in F i g. 1) aufrechtzuerhalten, wodurch die Greifkraft ebenfalls aufrechterhalten wird.

Fig.3 zeigt eine überkreuzte Fingeranordnung 50, die an den Fingern 16 und 18 in F i g. 1 angebracht werden könnte zur Umwandlung der konvergierenden Austrittsbewegung in eine divergierende Bewegung zur Verwendung bei der von innen erfolgenden Handhabung von Teilen. Die Anordnung enthält zwei sich schneidende konvergierende und divergierende Fingerfortsätze 54 und 56, von denen jeder wenigstens drei gesonderte Abschnitte aufweist. Der Fingerfortsatz 56 hat einen inneren Befestigungsabschnitt 56a mit einer Befestigungsfläche 53. Die Befestigungsfläche 53 steht in Eingriff mit einer komplementären Fläche 18a des Greiffingers 18. Ein überkreuzter Abschnitt 566 erstreckt sich vom Befestigungsabschnitt 56a aus schräg einwärts und überquert eine Verlängerung der Mittellinie 15 des Führungssystems bis zu einem äußeren Halteabschnitt 56c, der gegenüber dem überkreuzten Abschnitt 566 um einen Winkel abgewinkelt ist, der dem Winkel am Befestigungsabschnitt 56a gleich aber entgegengesetzt ist. Am äußeren Halteabschnitt 56c ist ein Abstandsstück 57 mit zwei Zapfen 57a und 57£> befestigt (vergl. Fig.4), die zum Ergreifen der Innenfläche eines strichpunktiert dargestellten Werkstücks verwendet werden.

In gleicher Weise hat der Fingerfortsatz 54 eine mit einer komplementären Fläche 16a am Greiffinger 16 in Eingriff stehende Befestigungsfläche 52. Ein überkreuzter Abschnitt 546 erstreckt sich ebenfalls vom Befestigungsabschnitt aus schräg einwärts und überquert die Mittellinie 15 des Führungssystems bis zu einem äußeren Halteabschnitt 54c Der überkreuzte Abschnitt 546 erstreckt sich jedoch durch einen Einschnitt 60 in seinem komplementären überkreuzten Abschnitt 566.

Die überkreuzte Anordnung wandelt den konvergierenden Ausgang der Greiffinger 16 und 18 in einen divergierenden Ausgang der Fortsätze 64 und 56 um. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung des Greifers innen, wobei die Selbstverriegelung der Kniehebelanordnung erhalten bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Greifvorrichtung mit einem Gehäuse, mit einem durch eine innere Wand des Gehäuses gebildeten Führungssystem, mit einem in dem Führungssystem eingepaßten, axial verschieblichen Kolben mit zwei entgegengesetzt gerichtete Betätigungskräfte aufnehmenden axialen Endteilen, mit zwei an Fingerdrehzapfen schwenkbar gelagerten, zur Achse des Führungssystems symmetrischen Greiffingern, mit Kniehebeln, die an einer Seite mit den Greiffingern an gegenüber den Fingerdrehzapfen versetzten Stellen verbunden sind und an ihrer anderen Seite mit dem Kolben in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite der Kniehebai (30a, 306,32a, 32b) direkt am Kolben (34) zwischen dessen axialen Endteilen (34a, 346,1 angelenkt JiH^, daß in der das Führungssystem bildenden Wand (14) des Gehäuses (lOj Schlitze zum Durchgang der Kniehebel vorgesehen sind, daß die Kniehebel im Gehäuse vollständig eingeschlossen sind, und daß die Fingerdrehzapfen (19,20) innerhalb des Gehäuses gelagert sind.

2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungssystem als zylindrische Bohrung ausgebildet ist, deren Enden durch jeweils eine Endkappe (35,37) verschlossen sind.